中国东北地区新生代火山活动与温室气体释放

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新生代火山活动能够持续地向大气圈释放巨量的温室气体,并已经成为当今国际科学界研究地球深部碳循环和自然来源温室气体释放通量的重要对象。根据文献查阅结果,以往研究大多侧重于探讨大洋俯冲带、洋中脊和大火成岩省等构造背景的新生代火山活动释放的温室气体总量与成因,而迄今为止关于大陆板内新生代火山区温室气体释放通量与成因的研究报道则相对较少。中国东北地区广泛出露新生代火山岩,并且是我国全新世火山喷发最频繁的地质单元。从火山活动的时代跨度、空间分布、岩浆成分多样性以及现今水热活动等方面来看,东北地区是研究大陆板内火山活动的岩浆起源、演化、温室气体释放以及相关的地球动力学机制的理想地区。本论文的主要认识简述如下:  ①东北地区钠质与钾质玄武岩的地球化学特征呈现明显的区域性变化  与钠质玄武岩相比,东北地区的Group1钾质玄武岩具有更加显著的富钾特征、LREE和LILE富集特征,以及更显著的类似EM1端元的Sr-Nd-Pb同位素组成;其橄榄石斑晶具有更高的Ni含量。上述特征表明钾质玄武岩地幔源区含有再循环陆壳物质。相对而言,东北地区的Group2与Group3钠质玄武岩则反映了更多的再循环洋壳对其地幔源区的贡献。  ②岩浆源区的低238U/204Pb组分来自地幔过渡带内的古老俯冲沉积物  东北地区钾质玄武岩的地幔源区具有最显著的低238U/204Pb(EM1)组分贡献,这些EM1组分可能来自地幔过渡带内的古老俯冲沉积物,并且以次生辉石岩的形式存在于钾质玄武岩的地幔源区(例如,岩石圈地幔底部)。次生辉石岩的存在反映了再循环陆壳对钾质玄武岩地幔源区的贡献程度较高,符合钾质玄武岩的全岩与橄榄石地球化学特征。相对于钾质玄武岩而言,古老俯冲沉积物(低238U/204Pb组分)对钠质玄武岩地幔源区的贡献较少。  ③深俯冲太平洋板片物质参与了东北地区钠质玄武岩的岩浆起源  玄武岩全岩与橄榄石地球化学特征表明,东北地区钠质玄武岩地幔源区具有显著的富Fe特征和放射性Pb同位素富集特征,可能与地幔过渡带内的深俯冲太平洋板片(洋壳+沉积物)有关。即,再循环洋壳(贫Si辉石岩)通过反应再结晶或机械混合等方式与橄榄岩相互作用(未形成次生辉石岩),导致钠质玄武岩地幔源区具有富Fe特征。  ④东北地区新生代火山活动受控于深俯冲太平洋板片的阶段性后撤  新生代时期,太平洋板块与欧亚板块之间的汇聚速率发生了明显的阶段性变化。因此,太平洋俯冲板片后撤触发的阶段性深俯冲物质与软流圈地幔上涌(及其导致的减压部分熔融、熔体-橄榄岩反应等过程)是控制东北地区新生代大陆板内岩浆活动的地球动力学机制。  ⑤东北地区新生代火山区的温室气体释放与深俯冲的太平洋板片有关  长白山火山区间歇期温室气体释放形式主要包括温泉与土壤微渗漏,温室气体(主要为CO2)释放通量约为8.48×105t·a-1(接近106吨)。基于气体地球化学定性分析与定量模拟结果,提出长白山火山区释放的温室气体与太平洋深俯冲板片之间存在着密切的联系,主要体现在海相灰岩与俯冲有机沉积物等深俯冲物质对火山气体地球化学特征的贡献。  综上所述,东北地区新生代钠质与钾质玄武岩的岩浆源区性质可能含有来自地幔过渡带内的深俯冲物质,即东北地区新生代大陆板内火山活动受控于深俯冲地球动力学背景;此外,气体地球化学研究表明长白山火山区释放的温室气体与太平洋俯冲板片之间存在密切的联系,中国东北地区具有深俯冲背景的板内火山活动是地球深部碳排放的重要组成部分。
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